analisa optimasi desain alat penghisap

(1)

1 ANALISA OPTIMASI ALAT PENGHISAP GAS / BAU ASAM

DI HOME INDUSTRY ELECTROPLATING PASURUAN

Nurul hidayat

Prodi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Sidoarjo (UMSIDA) Jalan Raya Gelam 250, Candi Sidoarjo 61217, Indonesia

Phone: 082232710311, Email: yatdayyat@gmail.com

ABSTRAK

Elektroplating merupakan proses pelapisan bahan padat dengan logam lainnya menggunakan bantuan arus listik melalui satu elektrolit dengan tujuan memindahkan partikel logam pelapis ke logam yang akan dilapis. proses eletroplating ini dikatagorikan sebagai proses akhir (metal finishing). Banyaknya pengerajin-pengerajin logam home industry di Pasuruan, khususnya untuk kerajinan logam dengan metode Electroplating menjadikan sebuah peluang usaha yang menjanjikan guna memperbaiki perekonomian di daerah tersebut. Produk Electroplating home industry di Pasuruan umumya di pakai untuk spare part variasi sepeda motor. Tetapi dari proses tersebut menghasilkan limbah yaitu berupa gas hasil dari proses degreasing. Oleh karena itu di butuhkan alat untuk meminimalisir limbah gas tersebut. Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu Untuk menganalisa optimasi Alat Penghisap Gas / Bau Asam yang ada di Home Industry Electroplating di Pasuruan. Cara yang dilakukan yaitu menggunakan metode Computational fluid dynamics (CFD) suatu sistem analisa yang digunakan untuk menganalisa aliran fluida, yaitu kecepatan, tekanan, massflow, volumflow perpindahan kalor dan lain sebagainya di dalam dan di luar pipa berbasis simulasi dari data komputer. Setelah melakukan penganalisaan dengan CFD alat penghisap gas bau/asam dapat diketahui terjadi penurunan tekanan yaitu 3,18 Pa dan kecepatan keluaran sebesar 1,77 m/s. sedangkan hasil percobaan yang didapat dengan 3 varian diameter pipa dapat melampirkan hasil penelitian pada varian diameter pipa varian 1 63,5 mm dengan selisih tekanan 94,47 Pa dan kecepatan 14,52 m/s, varian 2 50,8 mm dengan selisih tekanan 10,19 Pa dan kecepatan 16,37 m/s, varian 3 38,1 mm dengan selisih tekanan 6,64 Pa dan kecepatan 9,88 m/s. Berdasarkan perhitungan dari simulasi solidworks flow simulation diperoleh hasil optimum yaitu kecepatan keluaran udara pada varian 2 dengan diameter 50,8 mm dengan kecepatan keluar 16,37 m/s dengan penurunan tekanan 10,19 Pa.

Kata Kunci :_{Elektroplating, Computational fluid dynamics (CFD), Home Industry,}

Solidworks

PENDAHULUAN

Industry penyepuhan di Pasuruan yang bergerak pada pewarnaan komponen otomotif yaitu (Electroplating) ini berproduksi berdasarkan permintaan customer, seperti spion, handle rem, handle coupling dan lainnya. Home Industry ini melakukan tahap proses diantaranya penghilangan lemak (degreading) → pembilasan → desacalling →

pembilasan → pengasaman → pelapisan → pembilasan (air) → penjemuran. Sebelum masuk ke proses electroplating atau pengasaman, logam dihilangkan dari minyak dan sisa-sisa kotoran dengan proses degreading.

(2)

2

membutuhkan bak berisi larutan HCl. Hasil dari limbah emisi gas dibutuhkan pembuangan yang cepat. Oleh karena itu dibutuhkan desain alat penghisap gas / bau asam yang memadai dari alat yang sudah ada pada Home Industry Electroplating di Pasuruan yang dapat dilihat pada alat penghisap gas / bau asam Gambar 1.1 di bawah ini.

Gambar 1.1 Alat penghisap gas / bau asam (Home Industry Electroplating Pasuruan)

Diagram Alir Analisa Optimasi Aliran Fluida dalam Pipa

Alat Penghisap Gas / Bau Asam yang Sudah Ada

Analisa Kecepatan dan tekanan Aliran Pipa

Desain

Simulasi

selesai

Diameter 63,5 mm

Diameter 50,8 mm

Diameret 38,1 mm

Analisa alat yang sudah ada

Ada masalah

PERMASALAHAN

PRMASALA

Alat blower

literatur

Hasil tercepat keluaran udara

kesimpulan

Analisa hasil

(3)

3

Desain pipa yang akan dianalisa, ditun jukkan pada gambar 3.5 ldi bawah ini

Gambar 3.5 desain 2D pipa yang akan di analisa

Berikut desain pipa panjang 90 mm dengan diameter 63,5 mm yang dapat dilihat pada gambar 3.6 dibawah ini,

Gambar 3.6 diameter pipa varian 1 dengan diameter 63,5 mm

varian 2

Gambar 3.7 diameter pipa varian 2

diameter 50,8 mm

Varian 3 dengan diameter dengan

diameter 38,1 mm

Gambar 3.8 diameter pipa varian 3

Menghitung debit / laju alir volum pada varian pipa masuk menggunakan persamaan 2.5

Dimana :

Q = debit / laju alir volum

A = luas penampang varian pipa

v = kecepatan aliran blower rata – rata

Dengan perhitungan sebagai berikut : Menentukan luas penampang :

𝐴 = 𝜋. 𝑟2 = 3,14 . 0,032 2 _{= 3,14 . 0,001}

= 0,0031 m2

Q = 0,0031 m2_{x 16,5 m/s}

= 0,05 m3_/s

Berdasarkan beberapa kali percobaan pengukuran didapatkan kecepatan rata – rata aliran pada pipa utama sebesar 1,9 m/s.

Menghitung debit / laju alir volum pada pipa masuk utama gas/bau asam dengan menggunakan persamaan 2.5 dibawah ini

Menghitung luas penampang pipa masuk utama alat gas/bau asam dengan

𝐴 = 𝜋. 𝑟2

= 3,14 . 0,03812 _{= 3,14 . 0,00145} _{= 0,0045 m}2

Q = 0,0045 m2_{x 1,9 m/s}

= 0,0085 m3_/s

Dalam penelitian ini koefisien gesek di asumsikan nol (0), maka di dapatkan data seperti tabel 3.5 dibawah ini.

Tabel 3.5 data hasil pngukuran alat

Var L (m) D1 D2 (m)

(4)

4

Input data simulasi

Berdasarkan data pengukuran dan perhitungan, maka di dapatkan data sebagai input data simulasi untuk CFD untuk menganalisa kecepatan dan tekanan aliran pada alat penghisap gas bau/asam di home industry

electroplating Pasuruan

Berikut gambaran desain boundary condition untuk menginput nilai pada solidworks flowsimulation untuk simulasi CFD pada saluran pipa alat penghisap gas bau/asam, dapat dilihat pada gambar 3.16 dibawah ini.

Gambar 3.16 Pemodelan 3D a. Varian 1

Varian 1 yaitu input dengan dimensi pipa terbesar yaitu 2” atau 0,0508m yang memiliki selisih laju alir volum yang tidak terlalu besar, besar debit nya dapat dilihat pada tabel 3.6 dibawah

Tabel. 3.6 Boundary Condition input data simulasi varian 1

laju aliran volum blower 0,05 m3_/s

laju aliran volum pipa

utama dari ruang 0,0085 m

3_/s

output tekanan statik 103325 Pa

b. Varian 2

Varian 2 ini input menggunakan dimensi sambungan dengan diameter pipa 1,5” atau 0,0381m, nilai debit dapat dilihat pada tabel 3.7 dibawah ini

Tabel 3.7 Boundary Condition input data simulasi varian 2

laju aliran volum blower 0,033m3_/s

3_/s

c. Varian 3

Varian 3 yaitu input dengan menggunakan diameter pipa sebesar 1”atau 0,0254, pada varian ini selisih debit sangatlah jauh, besar nilai nya dapat dilihat pada tabel 3.8 dibawah

Tabel 3.8 Boundary Condition input data simulasi varian 3

laju aliran volum blower 0,018m3_/s

3_/s

Data Simulasi

Simulasi pada solidworks flow simulation versi 2012, ditentukan beberapa target perhitungan (surface goal) yang nantinya hasil dari perhitungan dipergunakan sebagai bahan untuk analisa di dalam saluran alat penghisap gas/bau asam dengan memvariasikan dimensi atau ukuran pipa sambungan dari optimasi blower untuk menemukan pemakaian ukuran yang paling efektif.

(5)

5

beserta kecepatannya, data lengkap hasil simulasi CFC alat penghisap gas/bau asam dapat dilihat pada tabel 4.1 di bawah ini

Tabel 4.1 Data simulasi alat penghisap yang ada

0,0085 103327,86 103324,68 3,18 V1

Tabel 4.2 Data hasil simulasi

optimasi varian pipa

Var

D

P1 : Tekanan masuk dari ruang pembakaran

P2 : Tekanan keluar menuju tandon

V1 : Kecepatan masuk dari ruang

pembakaran

V2 : Kecepatan keluar menuju tandon

Data Simulasi Tekanan

Berdasarkan hasil perhitungan CFD dengan solidwork flow simulation, maka

didapat hasil data visual tekanan yang terjadi pada pipa utama, seperti yang dapat dilihat dimulai pada gambar 4.3 dibawah ini,

A. alat penghisap

Gambar 4.3 Cut Plot Tekanan ALAT

Gambar 4.4 Flow Trajectories Tekanan

Gambar 4.5 Cut Plot Tekanan Varian 1

(6)

6

B. Tekanan Varian 2

Gambar 4.7 Cut Plot Tekanan Varian 2

Gambar 4.8 Flow Trajectories Tekanan Varian 2

C. Tekanan Varian 3

Gambar 4.9 Cut Plot Tekanan Varian 3

Gambar 4.10 Flow Trajectories Tekanan Varian 3

Data Simulasi Kecepatan

Dari proses kalkulasi CFC oleh solidworks flow simulation didapatkan data visual kecepatan didalam pipa utama alat penghisap gas bau/asam, berikut data visual ditunjukkan dimulai pada gambar 4.9 dibawah ini

kecepatan alat

Gambar 4.11 Cutplot Kecepatan alat

Gambar 4.12 Flow Trajectories Kecepatan alat

a. Kecepatan Varian 1

Gambar 4.13 Cut Plot Kecepatan Varian 1

(7)

7

Varian 2

Gambar 4.15 Cutplot Kecepatan Varian 2

Gambar 4.16 Flow Trajectories Kecepatan Varian 2

Varian 3

Gambar 4.17 Cut plot Kecepatan Varian 3

Gambar 4.18 Flow Trajectories Kecepatan Varian 3

Analisa

Data yang di dapat dari hasil kalkulasi CFD dengan software solidworks flow simulation berupa tabel dan gambar, maka dapat menunjukkan karakter aliran yang terjadi pada saluran pipa alat penghisap gas bau/asam yang kemudian data – data di input ke dalam MS.Exel adalah sebagai berikut :

analisa tekanan

Berdasarkan data dari tabel 4.1 dapat diamati pada kolom ΔP = P1 – P2,

besar diameter varian 1,2 dan 3 bernilai (+) yang artinya tidak terjadi tekanan balik pada semua variabel percobaan, dapat dilihat pada gambar 4.3, gambar 4.5 dan gambar 4.7 tekanan yang masuk pada ruang pembakaran lebih besar dari tekanan keluarnya. Berikut diagram dari data ΔP dengan D dapat dilihat pada gambar dibawah ini

Gambar 4.19 perbandingan ΔP vs D Kecepatan

Dalam kasus ini analisa kecepatan yang terjadi pada pipa keluar tidak begitu besar aliran yang terjadi, ditinjau dari hasil simulasi yang di dapat sebagai mana dapat dilihat seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.20 perbandingan V2 vs D

0

20

40

60

80

100

1

2

3

4 ΔP

Δ

P vs D

Δ

P

D

0

5

10

15

20 V2

D

V2 vs D

(8)

8

5. Kesimpulan

1. Setelah melakukan penganalisaan dengan CFD alat penghisap gas bau/asam dapat diketahui terjadi penurunan tekanan yaitu 3,18 Pa dan kecepatan keluaran sebesar 1,77 m/s. sedangkan hasil percobaan yang didapat dengan 3 varian diameter pipa dapat melampirkan hasil penelitian pada varian diameter pipa varian 1 63,5 mm dengan selisih tekanan 94,47 Pa dan kecepatan 14,52 m/s, varian 2 50,8 mm dengan selisih tekanan 10,19 Pa dan kecepatan 16,37 m/s, varian 3 38,1 mm dengan selisih tekanan 6,64 Pa dan kecepatan 9,88 m/s

2. Berdasarkan perhitungan dari simulasi solidworks flow simulation diperoleh hasil optimum yaitu kecepatan keluaran udara pada varian 2 dengan diameter 50,8 mm dengan kecepatan keluar 16,37 m/s dengan penurunan tekanan 10,19 Pa.

DAFTAR PUSTAKA

A. Nouwen. 1981. Pompa. Jilid 1. Bhratara karya aksara. Jakarta

http://mechanic-mechanicalengineering.blogspot.co.id/2 011/03/pompa-pump.html. diakses 19 April 2016 7.30 WIB.

http://wongcilikjr.blogspot.co.id/2012/0 3/daftar-koefisien-viskositas.html http://faisalembee.blogspot.co.id/2016/0 1/bilangan-reynolds-reynolds-number-dalam.html

https://id.wikipedia.org/wiki/Massa_jeni s

http://aku- egie.blogspot.co.id/2010/01/definisi-dan-sifat-sifat-fisik-fluida.html

fisikaveritas.blogspot.co.id/2014/03/tent ang-computational-fluid-dynamics-cfd.html

Ir.Orianto,M. , Ir.Pratikto W.A. 1989. Mekanika Fluida 1. BPFE. Yogyakarta. Kusumo, B.P. (2012), Analisa Aliran Udara pada Pipa Annulus Proto X-1

Menggunakan CFD, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok.

Muslimu, F.A. (2012), Analisa Aliran Udara pada Elbow Proto X-1 Menggunakan CFD, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok.